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熊少林:“極目”迥望,盡覽宇宙風(fēng)光|視點(diǎn)

時(shí)間:2023-03-28 09:03:26       來源:科技日報(bào)

“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星示意圖。受訪者供圖


(資料圖)

2020年底,熊少林在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心。

受訪者供圖

【奮進(jìn)者】

我希望學(xué)生可以足夠細(xì)心、敏感,并擁有開闊的視野,和不同領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行廣泛交流,就像我們想到可以和北斗衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)展開合作一樣。這樣他們才能迅速將各種相關(guān)信息聯(lián)系在一起,說不定什么時(shí)候就會(huì)派上用場。

熊少林

“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員

在科幻電影中,宇宙廣袤而寧靜。其實(shí),劇烈的天體活動(dòng)時(shí)常在宇宙深處上演:恒星的生老病死、星系的碰撞融合……在此期間,天體通常會(huì)釋放巨大的能量,并產(chǎn)生引力波、伽馬射線暴(簡稱伽馬暴)等高能天體爆發(fā)現(xiàn)象,為人類探索宇宙提供重要信息。

2022年底,我國“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星產(chǎn)生的首批科學(xué)數(shù)據(jù)正式發(fā)布,其中包括75個(gè)伽馬暴的詳細(xì)觀測數(shù)據(jù),有力支撐了中外天文學(xué)家開展伽馬暴的“多波段、多信使”聯(lián)合觀測研究?!皯讶嵋惶枴睒O目科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所(以下簡稱中科院高能所)研究員熊少林因在相關(guān)領(lǐng)域取得杰出的研究成果,被評為中國空間科學(xué)領(lǐng)域2022年度“最美科技工作者”。

初見引力波留下遺憾

時(shí)至今日,回憶起2017年第一次觀測到中子星并合引力波,熊少林仍感到十分激動(dòng)?!按饲?,我看到的引力波都是由黑洞并合產(chǎn)生的,沒有發(fā)出光。那次,兩顆中子星并合不僅產(chǎn)生了引力波,還發(fā)出了光??梢哉f,這是人類第一次真正意義上‘看到’了引力波?!彼f。

2017年8月17日,美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)首次捕捉到來自雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號。該事件發(fā)生時(shí),全球僅有4臺X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū),我國首枚X射線天文望遠(yuǎn)鏡——“慧眼”便是其中之一,其對引力波伴隨產(chǎn)生的伽馬暴在兆電子伏能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了最嚴(yán)格的限制,為全面理解該引力波事件的物理機(jī)制作出了重要貢獻(xiàn)。

熊少林與“慧眼”的緣分要追溯到2004年。

當(dāng)年,出于對基礎(chǔ)物理的熱愛,本科在清華大學(xué)學(xué)工程物理專業(yè)的熊少林來到中科院高能所讀研。彼時(shí),他的導(dǎo)師、中國科學(xué)院院士李惕碚正在開展“慧眼”的預(yù)研工作。熊少林一入所,“慧眼”部分研究任務(wù)便分配給他。

“那時(shí),我剛從工程物理專業(yè)轉(zhuǎn)過來,一下子就承擔(dān)這么重要的工作,腦子一片空白。”熊少林回憶道,要研制一個(gè)科學(xué)儀器,理論上至少應(yīng)該用過它,但現(xiàn)實(shí)情況是“我見都沒見過”。

沒接觸過空間望遠(yuǎn)鏡相關(guān)設(shè)備,研制團(tuán)隊(duì)決定從數(shù)據(jù)入手。熊少林告訴記者,雖然沒用過空間望遠(yuǎn)鏡,但望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該得出怎樣的科學(xué)數(shù)據(jù),團(tuán)隊(duì)成員是很清楚的?!拔覀兛梢岳脟庖延械目臻g望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行倒推,思考望遠(yuǎn)鏡怎樣設(shè)計(jì)才能夠得到這樣的數(shù)據(jù)?!彼f。

當(dāng)時(shí),還有些稚嫩的熊少林跟在老師和師兄、師姐后面,從畫圖開始學(xué)起。“我什么工作都做,有時(shí)候做試驗(yàn)需要器材,就自己跑去中關(guān)村買。點(diǎn)點(diǎn)滴滴,自己也學(xué)了不少東西。”他回憶道。

“慧眼”并非為觀測伽馬暴而生,其最初目標(biāo)主要是觀測銀河系中黑洞和中子星發(fā)出的X射線。后來在時(shí)任“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張雙南的建議下,熊少林所在團(tuán)隊(duì)開始評估能否利用“慧眼”對伽馬暴進(jìn)行觀測。

“分析結(jié)果顯示,這樣還真可以?!毙苌倭终f,他對“慧眼”能夠觀測伽馬暴頗感意外,“最開始我們經(jīng)驗(yàn)不足,沒往伽馬暴觀測這方面想”。

但由于并非為觀測伽馬暴而生,“慧眼”衛(wèi)星能夠觀測到的伽馬暴能量范圍較為有限,這也導(dǎo)致其在首例中子星并合引力波事件中沒有得到更多的有效數(shù)據(jù)。

“我當(dāng)時(shí)感到非常遺憾。這也促使我們下定決心,要做一個(gè)專門用于伽馬暴尤其是引力波伽馬暴觀測的衛(wèi)星。”熊少林回憶道。

在席卷天文界的引力波研究熱潮下,“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星應(yīng)運(yùn)而生。

為高能天體爆發(fā)“站崗放哨”

“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星是個(gè)“短平快”的項(xiàng)目:2016年提出項(xiàng)目概念、2020年發(fā)射,從概念出爐到上天運(yùn)行,只花了4年時(shí)間?!斑@樣的速度對于空間項(xiàng)目來說,是極為迅速的。”熊少林說,“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目能夠被如此迅速地完成,很大程度上得益于中國科學(xué)院靈活的機(jī)制安排。

針對科學(xué)研究的重大機(jī)遇,中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“空間科學(xué)(二期)”設(shè)立了機(jī)遇型空間項(xiàng)目。“‘懷柔一號’極目科學(xué)衛(wèi)星就屬于機(jī)遇型項(xiàng)目,這類項(xiàng)目是針對突然出現(xiàn)的科學(xué)機(jī)遇,能夠以較小的成本快速投入,迅速抓住機(jī)遇,獲得科學(xué)產(chǎn)出?!毙苌倭纸榻B,借助這一機(jī)制,“懷柔一號”得以免除冗長的“排隊(duì)”等候,“插隊(duì)”進(jìn)入工程論證和研制周期。

熊少林口中的機(jī)遇是近年來在天文界掀起的引力波研究熱潮?!爱?dāng)時(shí)我們預(yù)計(jì),2020年LIGO探測器的靈敏度將有較大提升,這會(huì)給引力波研究帶來強(qiáng)大的支持,是探測研究引力波電磁對應(yīng)體的重要機(jī)遇窗口,我們不能錯(cuò)過?!毙苌倭终f,“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星的發(fā)射運(yùn)行使我國在引力波及其電磁對應(yīng)體探測研究領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。

除了直接觀測引力波、伽馬暴等高能天體爆發(fā)現(xiàn)象,“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星的另一大任務(wù)是為各種類型的高能天體爆發(fā)“站崗放哨”。一旦該衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)爆發(fā)天體,便立即將相關(guān)信息下傳至地面,引導(dǎo)地面和其他空間天文觀測設(shè)備迅速開展后續(xù)觀測。

如何將“哨聲”以最快的速度傳至地面,成為“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星在研制時(shí)面臨的一大難題?!按饲暗目茖W(xué)衛(wèi)星只有在飛到地面接收站‘頭頂’時(shí)才能下傳數(shù)據(jù),但這樣做等候時(shí)間太長,動(dòng)輒需要幾個(gè)小時(shí),無法滿足該衛(wèi)星迅速引導(dǎo)科學(xué)觀測的需求?!毙苌倭终f,自己和其他團(tuán)隊(duì)成員被這一難題困擾了許久。

轉(zhuǎn)機(jī)來得十分偶然。就在熊少林為數(shù)據(jù)下傳問題苦惱時(shí),他不經(jīng)意間看見一則新聞:“南海漁民利用北斗衛(wèi)星短報(bào)文服務(wù)收發(fā)信息”。這一下激發(fā)了他的靈感——“我們能不能也試試用北斗衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)迅速下傳?”

想法很大膽,但具體能否實(shí)現(xiàn),熊少林心里沒底?!氨倍沸l(wèi)星的短報(bào)文服務(wù)此前主要面向地面用戶,科學(xué)衛(wèi)星飛得那么快,能用得上嗎?”他說。

但令熊少林沒想到的是,他們向北斗衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)提出這一想法后,兩支團(tuán)隊(duì)一拍即合,立即展開了相關(guān)研究。2021年1月,“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星成功通過北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),即時(shí)將伽馬射線暴觀測警報(bào)下傳至地面,揭開了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用于空間科學(xué)與宇宙探測的序幕。

希望學(xué)生能多在事上磨

一說到自己的專業(yè),熊少林的眼里便泛出光。熱愛,是驅(qū)動(dòng)他走到今天的主要?jiǎng)恿Α?/p>

“選擇一個(gè)自己感興趣的方向很重要,這樣即使碰到困難,也會(huì)心甘情愿地去付出?!毙苌倭终f。

對于自己的學(xué)生,熊少林希望他們可以足夠細(xì)心、敏感,并擁有開闊的視野,和不同領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行廣泛交流?!熬拖裎覀兿氲娇梢院捅倍沸l(wèi)星團(tuán)隊(duì)展開合作一樣,我希望他們也能時(shí)刻保持高度敏感,還要有足夠開闊的視野,這樣才能迅速將各種相關(guān)信息聯(lián)系在一起,說不定什么時(shí)候就會(huì)派上用場?!彼f。

相比事無巨細(xì)的指導(dǎo),熊少林更愿意用具體的任務(wù)鍛煉學(xué)生,讓他們多在事上磨,正像他從“慧眼”和“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星研制工作中學(xué)到的那樣?!拔蚁M總€(gè)學(xué)生都能夠有具體的事做,做的可以不完全是自己領(lǐng)域的工作,多做一點(diǎn)也不會(huì)有壞處?!彼f。

在被問到自己的學(xué)生壓力大不大時(shí),熊少林指了指天花板?!爱?dāng)然大,他們現(xiàn)在正在樓上實(shí)驗(yàn)室里‘死磕’數(shù)據(jù)呢?!毙苌倭终J(rèn)為,“放眼全世界,要做出優(yōu)秀成果不可能沒有壓力。杰出的科學(xué)家也一定是從壓力中成長起來的?!?/p>

在熊少林及其團(tuán)隊(duì)的努力下,“慧眼”和“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星已經(jīng)產(chǎn)出了一系列重要的成果,推動(dòng)中國空間高能天文研究邁上更高臺階。 (實(shí)習(xí)記者 都 芃)

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